KR100604469B1 - 발광소자와 그 패키지 구조체 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광소자와 그 패키지 구조체 및 제조방법에 관한 것으로서, 발광소자 패키지 구조체는 상부가 열리되 상부가 넓고 하부가 좁게 경사진 제1경사부분을 갖는 제1수용홈이 형성되어 있고 방열소재로 형성된 방열용 메인기판과, 절연소재로 형성되며 방열용 메인기판의 저부에서 제1수용홈의 바닥면을 관통하게 삽입된 적어도 하나의 절연비드와, 절연비드를 관통하여 설치된 적어도 하나의 리드프레임을 구비한다. 이러한 발광소자와 그 패키지 구조체 및 제조방법에 의하면, 발광다이오드칩이 대면적의 방열용 메인기판에 장착될 수 있으면서 광을 집속시킬 수 있도록 구조되어 있어 발광효율과 방열능력을 높일수 있는 장점을 제공한다.

Description

발광소자와 그 패키지 구조체 및 제조방법{light emitting device and package structure and method of manufacturing thereof}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지 구조체를 나타내 보인 사시도이고,
도 2는 도 1의 절단 사시도이고,
도 3은 도 1의 발광소자 패키지 구조체가 적용된 제1 실시예의 발광소자를 나타내 보인 단면도이고,
도 4는 도 1의 발광소자 패키지 구조체가 적용된 제2 실시예의 발광소자를 나타내 보인 단면도이고,
도 5는 도 1의 발광소자 패키지 구조체가 적용된 제3 실시예의 발광소자를 나타내 보인 단면도이고,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지 구조체를 나타내 보인 단면도이고,
도 7은 도 6의 발광소자 패키지 구조체가 적용된 발광소자를 나타내 보인 단면도이고,
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광소자 패키지 구조체를 나타내 보인 단면도이고,
도 9는 도 8의 발광소자 패키지 구조체의 저면이 보이도록 뒤집은 상태에서 나타내 보인 사시도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100, 300, 500: 발광소자 패키지 구조체 110, 310, 510; 방열용 메인기판
125: 절연비드 130: 리드프레임
210: 발광소자칩
본 발명은 발광소자와 그 패키지 구조체 및 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 고출력용에 적합한 방열 및 광집속 구조를 갖는 발광소자와 그 패키지 구조체 및 제조방법에 관한 것이다.
최근 발광다이오드(LED;Light Emitting Diode)는 형광체를 적용하여 백색광을 생성하여 출사할 수 있는 구조가 알려지면서 단순 발광표시 기능 이외에 기존의 조명등을 대체할 수 있는 조명분야까지 그 응용범위가 확장되고 있다. 또한, 조명에 적합한 고출력용 발광다이오드에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있다.
반도체 소자의 하나인 발광다이오드는 정격 동작온도 보다 온도가 올라가면 수명이 감소되고 발광효율이 저하되기 때문에 발광다이오드의 출력을 높이기 위해서는 발광다이오드에서 발생되는 열을 효과적으로 방출시켜 가능한 낮은 동작 온도내에서 동작될 수 있는 방열 구조가 요구된다.
그런데, 종래의 발광다이오드는 발광다이오드 칩이 안착된 리드프레임을 플라스틱소재로 몰딩한 구조로 형성하였다. 이러한 구조의 발광다이오드는 리드프레임을 통해 방열이 이루지기 때문에 방열능력이 낮아 고출력용 발광다이오드에 적용하기 어렵다. 또한, 자외선 발광다이오드칩이 적용되는 경우 몰딩소재로 적용된 플라스틱 소재는 자외선 발광다이오드칩으로부터 출사되는 자외선에 의해 쉽게 열화되어 내구성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
본 출원인은 이러한 문제점을 개선할 수 있도록 대면적 방열판을 갖는 발광소자 패키지 구조체를 국내특허출원 제2003-0030478호 및 국내 특허출원 제 2004-0012008호를 통해 출원한 바 있다.
또한, 본 출원인은 발광효율과 방열효율을 높일 수 있고, 제작이 보다 용이한 발광소자를 꾸준히 개발해 왔다.
본 발명은 이러한 개발과정을 통해 창안된 것으로서 방열능력과 발광효율을 높이면서도 제작이 용이한 발광소자와 그 패키지 구조체 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 발광소자 패키지 구조체는 상부가 열리되 상부가 넓고 하부가 좁게 경사진 제1경사부분을 갖는 제1수용홈이 형성되어 있고 방열소재로 형성된 방열용 메인기판과; 절연소재로 형성되며 상기 방열용 메인기판의 저부에서 상기 제1수용홈의 바닥면을 관통하게 삽입된 적어도 하나의 절연비드와; 상기 절연비드를 관통하여 설치된 적어도 하나의 리드프레임;을 구비한다.
바람직하게는 상기 방열용 메인기판은 상기 제1수용홈의 바닥면 중앙에 발광소자칩 실장용으로 일정 깊이 함몰되게 제2수용홈이 더 형성되어 있다.
또한, 상기 제2수용홈은 하부로 진행할 수록 외경이 점진적으로 좁아지게 경사진 제2경사부분을 갖게 형성된다.
상기 방열용 메인기판은 상부에서 일정길이 하방까지 동일 외경으로 형성된 제1바디부분과; 상기 제1바디부분의 종단으로부터 상기 제1바디부분 보다 큰 외경으로 동심상으로 하방으로 일정길이 연장된 제2바디부분;으로 된 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는 상기 방열용 메인기판은 상부에서 일정깊이 단차져 상기 제1 경사부분의 상단으로 이어지게 형성된 렌즈 결합용 안착홈;이 더 구비된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 방열용 메인기판의 중앙에 제1 절연비드가 설치되어 있고, 상기 제1절연비드를 관통하게 설치된 제1리드프레임과; 상기 방열용 메인기판의 저부에 설치된 제2리드프레임;을 구비한다.
또한, 상기 리드프레임은 표면실장이 가능하게 상기 방열용 메인기판을 관통한 저부가 상기 방열용 메인기판의 저면과 나란한 방향으로 절곡되어 이격되게 연장된 절곡부분을 갖는다.
더욱 바람직하게는 상기 방열용 메인기판의 저부에는 상기 절곡부분이 일정부분 수용되되 상기 절곡부분과 일정 간격 이격될 수 있게 저부로부터 몸체 내측방향으로 일정깊이 함몰되어 외주까지 연장된 적어도 하나의 제3수용홈;이 더 형성된 다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 발광소자는 상부가 열리되 상부가 넓고 하부가 좁게 경사진 제1경사부분을 갖는 제1수용홈이 형성되어 있고 방열소재로 형성된 방열용 메인기판과; 절연소재로 형성되며 상기 방열용 메인기판의 저부에서 상기 제1수용홈의 바닥면을 관통하게 삽입된 적어도 하나의 절연비드와; 상기 절연비드를 관통하여 설치된 적어도 하나의 리드프레임과; 상기 방열용 메인기판의 상기 제1수용홈 내에 실장되며 상기 리드프레임과 전기적으로 접속된 적어도 하나의 발광소자칩; 및 상기 발광소자칩이 실장된 상기 제1수용홈 내부를 밀폐시킬 수 있도록 상기 방열용 메인기판에 형성된 캡;을 구비한다.
또한, 상기 제2수용홈에 장착된 상기 발광소자칩을 에워싸도록 상기 제2수용홈내에 충진되게 형성된 형광체;를 더 구비한다.
또한, 상기 방열용 메인기판은 상부에서 일정깊이 단차져 상기 제1 경사부분의 상단으로 이어지게 형성된 렌즈 결합용 안착홈;이 더 구비되고, 상기 캡은 상기 렌즈 결합용 안착홈을 통해 안착되어 접합된 렌즈가 적용된다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 발광소자 패키지 구조체의 제조방법은 가. 상부가 열리되 상부가 넓고 하부가 좁게 경사진 제1경사부분을 갖는 제1수용홈과 상기 제1수용홈의 바닥면을 관통하는 적어도 하나의 삽입홀을 갖는 방열용 메인기판을 형성하는 단계와; 나. 중공이 형성되어 있는 절연비드의 상기 중공에 리드프레임 삽입하여 상기 방열용 메인기판의 상기 삽입홀에 삽입하는 단계와; 다. 상기 절연비드가 상기 방열용 메인기판 및 상기 리드프레임에 융착결 합될 수 있게 가열처리하는 단계;를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광소자와 그 패키지 구조체 및 그 제조방법을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지 구조체를 나타내 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 절단 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 발광소자 패키지 구조체(100)는 방열용 메인 기판(110), 절연비드(125) 및 리드 프레임(130)을 구비한다.
방열용 메인기판(110)은 먼저 외측면 구조를 보면 상호 다른 외경을 갖는 제1바디부분(111)과, 제2바디부분(112)이 동심상으로 상호 단차지게 연장되어 2단 원기둥 형태로 형성되어 있다.
즉, 방열용 메인기판(110)은 상부에서 일정길이 하방까지 동일 외경으로 형성된 제1바디부분(111)과, 제1바디부분(111)의 종단으로부터 제1바디부분(111) 보다 큰 외경으로 동심상으로 하방으로 일정길이 연장된 제2바디부분(112)를 갖는다.
이와 같이 제1바디부분(111)에 대해 제2바디부분(112)의 외경이 더 크게 형성되어 플랜지형 걸림턱이 형성되면 도 5에 도시된 바와 같이 방열능력을 확장하고자 하는 경우 제1바디부분(111)의 외경에 대응되는 내경을 갖는 보조 방열소재(260)를 제1바디부분(111)을 통해 삽입하여 결합할 수 있는 장점을 제공한다.
방열용 메인기판(110)은 상부가 열린 제1수용홈(113)을 갖는 구조로 되어 있다.
방열용 메인기판(110)은 제1바디부분(111)의 상부 가장자리로부터 일정거리 내측으로 인입된 위치에서 수직상으로 일정 깊이 함몰된 후 수평방향으로 일정길이 연장된 렌즈 결합용 안착홈(114)이 형성되어 있다.
또한, 방열용 메인기판(110)은 렌즈 결합용 안착홈(114)의 내측 가장자리로부터 하방으로 진행할 수록 내경이 점진적으로 좁아지게 경사진 제1경사부분(115)을 갖는 구조로 되어 있다.
제1경사부분(115)은 장착대상 발광다이오드칩으로부터 측면으로 출사되는 광을 상부로 반사시켜 광을 집속시킬 수 있는 반사경의 기능을 할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우 방열용 메인기판(110)을 방열 및 고 반사율을 갖는 소재로 형성하거나 전체 또는 적어도 제1 경사부분(115)의 표면은 은, 니켈, 알루미늄 중 적어도 하나의 소재로 코팅하여 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 제1수용홈(113)의 바닥면(116) 중앙에는 발광소자칩 실장용으로 일정 깊이 함몰되게 제2수용홈(117)이 더 형성되어 있다.
제2수용홈(117)은 하부로 진행할 수록 외경이 점진적으로 좁아지게 경사진 제2 경사부분(118)을 갖는 구조로 형성되어 있다. 제2수용홈(117)의 경사부분(118)도 장착대상 발광다이오드칩으로부터 측면으로 출사되는 광을 상부로 반사시켜 광을 집속시킬 수 있는반사경 역할을 할 수 있도록 앞서 설명된 소재로 형성되는 것이 바람직하다.
제2수용홈(117)의 바닥면(119)은 발광소자칩 실장 영역으로 이용된다.
이러한 제2수용홈(117)은 발광다이오드의 실장위치를 가이드함과 아울러 후술되는 형광체를 도포할 경우 도포층이 용이하게 제2수용홈(117)내로 제한되게 도 포되게 하는 장점을 제공한다.
방열용 메인기판(110)은 열전도성이 좋은 방열소재 예를 들면 금속소재 또는 세라믹소재로 형성한다.
방열용 메인기판(110)의 소재로서는 구리 또는 구리합금 예를 들면 황동, 텅스텐/구리, 몰리브덴/구리 합금 , AlN, SiC 등이 적용될 수 있다.
바람직하게는 방열용 메인기판(110)은 앞서 설명된 방열소재로 도시된 구조로 형성한 다음 내부식성을 갖도록 니켈소재로 도금처리한다. 더욱 바람직하게는 방열용 메인기판(110)은 니켈 도금층 위에 반사효율 및 와이어 본딩성을 높일 수 있도록 은 또는 금으로 2차 도금처리한다.
절연비드(125)는 방열용 메인기판(110)의 저부에서 제1수용홈(113)의 바닥면(116)을 관통하여 방열용 메인기판(110)에 형성되어 있다.
절연비드(125)는 절연성 소재이면서 용융점이 높고 가열시 이종 소재간의 융착성이 좋은 소재 예를 들면, 유리, 에폭시소재 또는 세라믹소재로 형성되는 것이 바람직하다.
리드프레임(130)은 방열용 메인기판(110)과 절연될 수 있게 절연비드(125)에 에워싸여 방열용 메인기판(110)의 제1수용홈(113) 내에 일단이 노출되고 타단은 방열용 메인기판(110)의 저부로부터 외부로 돌출되게 설치되어 있다.
리드프레임(130)은 머리부(131)와 다리부(132)로 되어 있다.
머리부(131)는 와이어 본딩 용이성을 제공하도록 다리부(132) 보다 외경이 더 크게 확장된 구조로 형성되어 있다.
참조부호 140은 방열용 메인기판(110)의 저부에 직접 결합된 리드프레임으로 접지용 또는 전극용으로 사용할 수 있으며 생략될 수 있음은 물론이다.
이러한 구조의 패키지 구조체(100)가 적용된 발광소자의 일 예가 도 3에 도시되어 있다. 앞서 도시된 도면에서와 동일 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.
도면을 참조하면, 발광소자(200)는 패키지 구조체(100), 발광다이오드칩(210)을 구비한다.
발광다이오드칩(210)은 제2수용홈(117)의 바닥면(119)에 실장되어 있고, 리드프레임(130)과 도전성 와이어(215)에 의해 전기적으로 연결되어 있다. 도시된 예와 다르게 발광다이오드칩(210)이 서브 마운트(미도시)를 통해 방열용 메인기판(110)에 실장될 수 있음은 물론이다.
참조부호 220은 형광체로서 제2수용홈(117)의 바닥면(119)에 장착된 발광다이오드칩(210)을 에워싸도록 제2수용홈(117) 내에 충진되게 형성되어 있다.
형광체(220)는 발광다이오드칩(210)에서 출사된 광에 반응하여 백색광을 출사하는 것이 적용될 수 있다. 이 경우 발광다이오드칩(210)이 청색 발광다이오드칩이 적용되고 형광체(220)는 YAG형광체가 적용될 수 있고, 또 다르게는 발광다이오드칩(210)이 자외선 발광다이오드칩이 적용되고 형광체(220)는 RGB형광체가 적용될 수 있다.
참조부호 230은 제1수용홈(113)의 내부공간을 실링시킬 수 있도록 캡으로서 적용된 수지 몰딩층이고, 투명 에폭시 수지 등 공지된 다양한 수지로 형성할 수 있 다.
도시된 예와 다르게 렌즈 장착홈(114)에 끼움결합될 수 있는 렌즈가 방열용 메인기판(110)에 장착될 수 있고 일 예로서 도 4에 프레즈넬 렌즈(240)가 결합된 구조가 도시되어 있다.
렌즈(240)는 발광다이오드칩(210)을 밀폐시켜 보호하기 위한 캡의 일 예로서 적용된 것으로 방열용 메인기판(110)의 렌즈장착용홈(114)을 통해 접합된다. 렌즈(240)와 방열용 메인기판(110)과의 접합부분은 내부 공간이 밀봉되도록 실링소재에 의해 실링처리 된다.
이러한 구조의 발광다이오드(200)는 방열용 메인기판(110)에 장착된 발광다이오드칩(210)으로부터 방출된 광이 경사부분(115)(118) 및 렌즈(240)에 의해 원하는 발산각으로 출사되는 광빔을 제공할 수 있다.
렌즈(240)와 제1수용홈(113) 사이의 형성된 공간에는 적용대상 렌즈(240)의 굴절율과 유사한 소재로 충진될 수 있다. 일 예로서, 렌즈(240)와 패키지 구조체(100)와의 사이에 형성된 공간이 실리콘 소재로 충진될 수 있다. 이 경우 발광다이오드칩(210)으로부터 출사된 광이 렌즈(240)의 내측면에서 반사되는 율을 억제시켜 광이용 효율을 높일 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만 자외선 발광다이오드 칩이 적용된 경우 평면형 렌즈를 방열용 메인기판(110)에 접합하여 사용할 수 있다.
평면형 렌즈는 투명소재로 된 베이스판의 상면 및 하면에 무반사 코딩처리된 것을 적용할 수 있다.
렌즈 장착용 홈(114)에 적용할 수 있는 렌즈 구조는 원하는 광의 확산 또는 집중각에 따라 다양한 구조가 적용될 수 있고 본 실시예에 예시된 구조로 한정하는 것은 아니다.
이러한 발광소자(200)는 앞서 설명된 바와 같이 방열능력을 높이기 위해 도 5에 도시된 바와같이 제2바디부분(112)에 걸려 안착될 수 있는 링형 보조 방열부재(260)를 제1바디부분(111)을 통해 삽입하여 사용할 수 있음은 물론이다. 이 경우 보조 방열부재(260)를 솔더와 같은 접착재를 이용하여 방열용 메인기판(110)에 접착할 수 있음은 물론이다.
한편, 방열용 메인기판(110)을 도전성 소재로 형성하거나 표면을 도전성 소재로 처리한 경우 다수의 발광다이오드칩을 방열용 메인기판(110)내에 방사상으로 용이하게 어레이 시켜 전기적으로 접속시킬 수 구조의 패키지 구조체가 도 6에 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 패키지 구조체(300)는 방열용 메인기판(310)과, 제1리드프레임(330), 제2리드프레임(340) 및 절연비드(125)를 구비한다.
방열용 메인기판(310)은 외측면이 제1바디부분(311)과 제1바디부분(311)의 종단에서 제1바디부분(311)보다 외경이 확장된 제2바디부분(312)을 갖는 구조로 되어 있고, 상부가 열인 제1수용홈(313)을 갖는 내측공간부는 렌즈 결합용 안착홈(314) 및 제1경사부분(315)을 갖는 구조로 되어 있다.
절연비드는(125) 제1수용홈(313)의 바닥면(316)의 중앙부분을 관통하여 형성되어 있고, 제1리드프레임(330)은 절연비드(125)를 관통하여 머리부(331)가 제1수 용홈(313) 내에 노출되고 다리부(332)가 방열용 메인기판(310)의 저부로 돌출되게 설치되어 방열용 메인기판(310)과 전기적으로 절연되게 되어 있다.
제2리드프레임(340)은 방열용 메인기판(310)의 저부에 결합되어 하방으로 일정길이 연장되어 있다.
이러한 구조의 패키지 구조체(300)는 방열용 메인기판(310)의 제1수용홈(313)의 바닥면(316)과 제1리드프레임(330)을 각각 전극 연결용으로 이용할 수 있어 다수의 발광다이오드칩을 병렬구동되게 방열용 메인기판(310)에 실장 및 전기적인 연결을 용이하게 할 수 있는 장점을 제공한다.
이러한 패키지 구조체(300)를 적용한 발광소자(400)가 도 7에 도시되어 있다. 앞서 도시된 도면에서와 동일 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.
도 7을 참조하면, 발광소자(400)는 패키지 구조체(300) 및 발광다이오드칩(410)을 구비한다.
발광다이오드칩(410)은 방열용 메인기판(310)의 제1수용홈(313)의 바닥면(316)에 실장되어 있고, 구동용 전극이 방열용 메인기판(310)의 바닥면(316)과 제1리드프레임(330)을 통해 도전성 와이어(415)에 의해 각각 연결되어 있다. 참조부호 230은 투명 에폭시 수지로 몰딩처리한 캡이다.
이러한 구조의 발광소자(400)는 제1리드프레임(330)과 제2리드프레임(340)을 통해 구동전력을 공급하면 제1수용홈(313) 내에 실장된 발광다이오드칩(410)들이 동시에 발광된다.
또한, 백색광을 생성하기 위해 적, 녹, 청색 광을 각각 출사하는 3개의 발광 다이오드 칩(미도시)을 방열용 메인기판(310)의 바닥면(316)에 상호 이격되게 장착하여 앞서 설명된 바와 같이 각 발광다이오드 칩(410)의 하나의 전극은 제1리드프레임(330)의 머리부(331)를 통해 도선성 와이어(415)에 의해 접속하고, 나머지 전극은 방열용 메인기판(310)의 바닥면(316)에 도전성 와이어(415)에 의해 접속하면 백색광을 생성할 수 있다.
한편, 표면실장용으로 적용하기 위해 리드프레임이 표면실장에 적합하게 절곡될 수 있음은 물론이고, 이러한 구조의 패키지 구조체의 일 예가 도 8 및 도 9에 도시되어 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 발광소자 패키지 구조체(500)는 방열용 메인기판과(510), 리드프레임(530) 및 절연비드(125)를 구비한다.
방열용 메인기판(510)은 외측면이 제1바디부분(511)과 제1바디부분(511)의 종단에서 제1바디부분(511)보다 외경이 확장된 제2바디부분(512)을 갖는 구조로 되어 있다.
또한 방열용 메인기판(510)은 상부가 열인 제1수용홈(513)을 갖는 내측공간부는 렌즈 결합용 안착홈(514) 및 제1경사부분(515)을 갖는 구조로 되어 있고, 제1수용홈의 바닥면 중앙에 제2경사부분(518)을 갖는 제2수용홈(517)이 형성된 구조로 되어 있다.
또한, 방열용 메인기판(110)의 제2바디부분(512)의 저부(510a)에는 리드프레임(530)이 이격되게 수용될 수 있게 내측 일부로부터 외측면까지 일정길이 함몰되게 형성된 제3수용홈(520)이 적용하고자 하는 리드프레임(530) 개수에 대응되게 상 호 이격되게 복수개 형성되어 있다. 즉, 방열용 메인기판(510)의 저부(510a)에는 리드프레임(530)의 절곡부분(532b)이 수용되되 절곡부분(532b)과 일정 간격 이격될 수 있게 저부(510a)로부터 몸체 내측방향으로 일정깊이 함몰되어 외주면까지 연장되게 제3수용홈(520)이 형성되어 있다.
리드프레임(530)은 머리부(531)로부터 하방으로 연장된 다리부가 수직부분(532a)과 절곡부분(532b)을 갖는 구조로 되어 있다.
즉, 리드프레임(530)은 표면실장이 가능하게 절연비드(125)를 관통하여 방열용 메인기판(510)의 저부(510a)로 돌출된 다리부분이 방열용 메인기판(510)의 저면(510a)과 나란한 방향으로 절곡되어 이격되게 연장된 절곡부분(532b)을 갖는 구조로 되어 있다.
이러한 구조의 패키지 구조체(500)에 의하면 리드프레임(530)의 절곡부분(532b)을 통해 표면실장이 가능하다.
또한, 이러한 구조의 패키지 구조체(500)는 앞서 도 3 및 도 4를 통해 설명된 바와 같이 발광다이오드칩을 방열용 메인기판(510)의 제2수용홈(517) 내에 실장하고 발광다이오드칩의 전극와 리드프레임(530)을 도전성 와이어와 같은 도전부재를 이용하여 전기적으로 연결한 다음, 형광체 도포 및 렌즈 결합 또는 캡용 수지를 이용한 몰딩과정을 거쳐 발광소자를 제작하면된다.
이하에서는 이러한 구조의 발광소자 패키지 구조체의 제조방법을 설명한다.
먼저, 방열용 메인기판(110)(310)(510)을 적용하고자 하는 방열소재로 형성한다. 방열용 메인기판(110)(310)(510)에는 방열소재방열용 메인기판 (110)(310)(510)과 전기적으로 절연시켜야 할 리드프레임 실장용 절연비드(125)가 삽입될 삽입홀이 적어도 하나 이상 형성되어 있다.
이러한 방열용 메인기판(110)(310)(510) 앞서 설명된 소재 삽입홀을 갖도록 형성한 후 니켈도금 처리한 것이 바람직하다.
다음은 방열용 메인기판(110)(310)(510)의 삽입홀에 중공을 갖는 절연비드(125)를 삽입한다. 절연비드(125)의 외경은 방열용 메인기판(110)(310)(510)의 삽입홀에 끼움결합될 수 있게 삽입홀의 내경과 대응되는 크기 또는 이보다 미세하게 작게 형성한 것을 적용하면 된다. 다음은 절연비드(125)의 중공에 대응되는 외경을 갖는 다리부를 갖는 리드프레임(130)(330)(430)을 절연비드(125)의 중공을 통해 머리부(131)(331)(531)가 제1수용홈(113)(313)(513)내에 위치되도록 삽입한다.
이와는 다르게 절연비드(125)에 리드프레임(130)(330)(530)을 먼저 삽입한 상태에서 절연비드(125)를 방열용 메인기판(110)(310)(510)의 삽입홀에 삽입시켜도 된다.
다음은 절연비드(125)가 융용 또는 소결에 의해 방열용 메인기판(110)(310)(510)과 리드프레임(130)(330)(530)과 고착될 수 있게 가열처리한다.
절연비드(125)가 유리소재인 경우 가열방법의 일 예로서는 방열용 메인기판(110)(310)(510)에 절연비드(125) 및 리드프레임(130)(330)(530)이 조립된 구조체를 전기로 내에 넣은 다음 질소 및 수소 분위기 에서 600℃ 내지 1000℃에서 가열한다. 여기서 질소는 산화방지용으로 적용된 것이고, 수소는 산화된 부분의 환원을 촉진시키기 위해 적용된 것이다. 여기서 가열시간은 절연비드(125)가 방열용 메인 기판(110)(310)(510)과 리드프레임(130)(330)(530) 각각과 융착될 수 있는 정도의 시간을 적용하면 된다.
이러한 과정을 거친 다음 절연비드(125)의 용용부분이 고형화 되도록 상온에서 일정 시간 놔두면 패키지 구조체(100)(300)(500)가 완성된다.
한편, 리드프레임(530)에 절곡부분(532b)을 형성하고자 하는 경우 벤딩과정을 수행하면 되고, 절연비드(125)에 삽입하지 않고 방열용 메인기판(110)(310)(510)에 직접 결합하는 리드프레임(140)(340)을 적용하는 경우 브레이징용 시트 또는 금속페이스트를 이용하여 접합하면 된다. 여기서 브레이징용 시트 및 금속페이스트는 은/구리 합금 또는 금/주석 합금 소재로 형성된 것이 적용될 수 있다.
이렇게 조립체가 완성되면, 도전성 및 반사용 부분 즉, 방열용 메인기판(110)(310)(510) 및 리드프레임(130)(330)(530)을 다시 니켈로 도금처리하고 그 위에 은으로 도금 처리한다.
또 다르게는 방열용 메인기판의 제1수용홈(113)(313)(513)의 내면을 알루니늄, 광택 니켈을 포함하는 반사소재 그룹 중 적어도 하나의 소재로 코팅처리할 수 있음은 물론이다.
이렇게 패키지 구조체(100)(300)(500)가 완성되면, 방열용 메인기판(110)(310)(510)의 제1수용홈(113)(313)(513) 내에 적용대상 발광다이오드칩(210)(410)을 직접 또는 서브마운트(미도시)를 통해 실장한다. 그리고 나서, 발광다이오드칩(210)(410)과 대응되는 리드프레임(130)(330)(530) 또는 방열용 메인기 판(110)(310)(510)과 와이어(215)(415)로 본딩한다.
형광체(220)를 적용하는 경우 와이어 본딩이 완료된 발광다이오드칩(210)(410) 위에 형광체를 도포한다.
이후 렌즈(240)를 방열용 메인기판(110)(310)(510)에 끼우고, 실링소재 예를 들면 에폭시 소재로 렌즈(240)와 렌즈 결합용 안착홈(114)(314)(514) 사이의 결합부분을 실링처리하거나, 몰딩용 수지로 제1수용홈 내에 충진시켜 캡을 형성하면 발광다이오드(200)(400)의 제작이 완료된다.
이상의 설명에서는 발광다이오드칩이 적용된 경우에 대해 설명하였고, 레이저 다이오드 칩 등 공지된 다양한 발광반도체 칩에 대해서도 적용할 수 있음은 물론이다.
지금까지 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 발광소자와 그 패키지 구조체 및 제조방법에 의하면, 발광다이오드칩이 대면적의 방열용 메인기판에 장착될 수 있으면서 광을 집속시킬 수 있도록 구조되어 있어 발광효율과 방열능력을 높일수 있는 장점을 제공한다.

Claims (18)

  1. 상부가 열리되 상부가 넓고 하부가 좁게 경사진 제1경사부분을 갖는 제1수용홈이 형성되어 있고 방열소재로 형성된 방열용 메인기판과;
    절연소재로 형성되며 상기 방열용 메인기판의 저부에서 상기 제1수용홈의 바닥면을 관통하게 삽입된 적어도 하나의 절연비드와;
    상기 절연비드를 관통하여 설치된 적어도 하나의 리드프레임;을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방열용 메인기판은 상기 제1수용홈의 바닥면 중앙에 발광소자칩 실장용으로 일정 깊이 함몰되게 제2수용홈이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 구조체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2수용홈은 하부로 진행할 수록 외경이 점진적으로 좁아지게 경사진 제2경사부분을 갖게 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 구조체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 절연비드는 유리소재, 절연성 합성수지 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 구조체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 방열용 메인기판은 상부에서 일정길이 하방까지 동일 외경으로 형성된 제1바디부분과;
    상기 제1바디부분의 종단으로부터 상기 제1바디부분 보다 큰 외경으로 동심상으로 하방으로 일정길이 연장된 제2바디부분;으로 된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 구조체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 방열용 메인기판은 상부에서 일정깊이 단차져 상기 제1 경사부분의 상단으로 이어지게 형성된 렌즈 결합용 안착홈;이 더 구비된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 구조체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 방열용 메인기판의 중앙에 제1 절연비드가 설치되어 있고,
    상기 제1절연비드를 관통하게 설치된 제1리드프레임과;
    상기 방열용 메인기판의 저부에 설치된 제2리드프레임;을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 구조체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 리드프레임은 표면실장이 가능하게 상기 방열용 메인기판을 관통한 저부가 상기 방열용 메인기판의 저면과 나란한 방향으로 절곡되어 이격되게 연장된 절곡부분을 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 구조체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 방열용 메인기판의 저부에는 상기 절곡부분이 일정부분 수용되되 상기 절곡부분과 일정 간격 이격될 수 있게 저부로부터 몸체 내측방향으로 일정깊이 함몰되어 외주까지 연장된 적어도 하나의 제3수용홈;이 더 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 구조체.
  10. 제1항에 있어서, 상기 방열용 메인기판의 적어도 상기 제1경사부분은 표면이 은, 니켈, 알루미늄 중 적어도 하나의 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 구조체.
  11. 상부가 열리되 상부가 넓고 하부가 좁게 경사진 제1경사부분을 갖는 제1수용홈이 형성되어 있고 방열소재로 형성된 방열용 메인기판과;
    절연소재로 형성되며 상기 방열용 메인기판의 저부에서 상기 제1수용홈의 바닥면을 관통하게 삽입된 적어도 하나의 절연비드와;
    상기 절연비드를 관통하여 설치된 적어도 하나의 리드프레임과;
    상기 방열용 메인기판의 상기 제1수용홈 내에 실장되며 상기 리드프레임과 전기적으로 접속된 적어도 하나의 발광소자칩; 및
    상기 발광소자칩이 실장된 상기 제1수용홈 내부를 밀폐시킬 수 있도록 상기 방열용 메인기판에 형성된 캡;을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 방열용 메인기판은 상기 제1수용홈의 바닥면 중앙에 일정 깊이 함몰되게 제2수용홈이 더 형성되어 있고, 상기 발광소자칩은 상기 제2수용홈내에 실장된 것을 특징으로 하는 발광소자.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2수용홈은 하부로 진행할 수록 외경이 점진적으로 좁아지게 경사진 경사부분을 갖게 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제2수용홈에 장착된 상기 발광소자칩을 에워싸도록 상기 제2수용홈내에 충진되게 형성된 형광체;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  15. 제11항에 있어서, 상기 방열용 메인기판은 상부에서 일정길이 하방까지 동일 외경으로 형성된 제1바디부분과;
    상기 제1바디부분의 종단으로부터 상기 제1바디부분 보다 큰 외경으로 동심상으로 하방으로 일정길이 연장된 제2바디부분;으로 된 것을 특징으로 하는 발광소자.
  16. 제11항에 있어서, 상기 방열용 메인기판은 상부에서 일정깊이 단차져 상기 제1 경사부분의 상단으로 이어지게 형성된 렌즈 결합용 안착홈;이 더 구비되고,
    상기 캡은 상기 렌즈 결합용 안착홈을 통해 안착되어 접합된 렌즈인 것을 특 징으로 하는 발광소자.
  17. 제11항에 있어서, 상기 방열용 메인기판의 중앙에 제1 절연비드가 설치되어 있고,
    상기 제1절연비드를 관통하게 설치된 제1리드프레임과;
    상기 방열용 메인기판의 저부에 설치된 제2리드프레임;을 구비하고,
    상기 발광소자칩은 상기 제1수용홈의 바닥면에 실장되어 상기 제1리드프레임과 상기 방열용 메인기판과 전기적으로 접속된 것을 특징으로 하는 발광소자.
  18. 가. 상부가 열리되 상부가 넓고 하부가 좁게 경사진 제1경사부분을 갖는 제1수용홈과 상기 제1수용홈의 바닥면을 관통하는 적어도 하나의 삽입홀을 갖는 방열용 메인기판을 형성하는 단계와;
    나. 중공이 형성되어 있는 절연비드의 상기 중공에 리드프레임 삽입하여 상기 방열용 메인기판의 상기 삽입홀에 삽입하는 단계와;
    다. 상기 절연비드가 상기 방열용 메인기판 및 상기 리드프레임에 융착결합될 수 있게 가열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 구조체의 제조방법.
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